山嶺隧道與地下工程健康評價(jià)理論研究及應(yīng)用.pdf

1、隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)和城市規(guī)模擴(kuò)大化的快速發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界上隧道和地下工程最多、最復(fù)雜、今后發(fā)展最快的國家。但是，我國的隧道與地下工程養(yǎng)護(hù)技術(shù)起步較晚，營運(yùn)隧道的健康狀態(tài)不容樂觀。對于這類混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的健康診斷目前還是主要依據(jù)監(jiān)測資料建立監(jiān)控模型等方法進(jìn)行，雖然在實(shí)際工作中采用統(tǒng)計(jì)模型、確定性模型和混合型模型等取得了一定的成就，但是多數(shù)都是針對單個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且對于結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)的評價(jià)多以定性的描述或靜態(tài)的評價(jià)

2、結(jié)果作為判斷依據(jù)，系統(tǒng)性和全面性存在不足，對于該類建筑物日常維護(hù)與修繕的正確指導(dǎo)帶來困難。本文結(jié)合工程實(shí)例，從隧道營運(yùn)狀態(tài)的健康指標(biāo)全面性出發(fā)，提出了能夠基本正確反映隧道健康狀態(tài)的定量與定性相結(jié)合，最終以定量結(jié)果加以評價(jià)的指標(biāo)體系，給出了相應(yīng)指標(biāo)的判定標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重，引入動(dòng)態(tài)模糊評價(jià)理論，建立了隧道與地下工程健康狀態(tài)動(dòng)態(tài)評價(jià)模型，最后通過室內(nèi)相似模型試驗(yàn)的方法，驗(yàn)證并修正了部分健康診斷指標(biāo)判據(jù)，結(jié)合工程實(shí)例證明了本文提出的評價(jià)系統(tǒng)和評價(jià)模型

3、的正確性。本文主要取得的成果如下：
　　1.從隧道與地下工程健康綜合診斷的具體特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合實(shí)際工程需要，在制定診斷指標(biāo)體系中診斷指標(biāo)的原則基礎(chǔ)上，對于隧道與地下工程的支護(hù)與營運(yùn)狀態(tài)下的各種破損形態(tài)和影響因素進(jìn)行了充分的分析，最終遴選并確定了支護(hù)結(jié)構(gòu)裂縫、滲漏水、支護(hù)結(jié)構(gòu)材料劣化、支護(hù)結(jié)構(gòu)背后空洞、支護(hù)結(jié)構(gòu)變異和支護(hù)結(jié)構(gòu)起層、剝落共六個(gè)診斷指標(biāo)以及各自的診斷子指標(biāo)系統(tǒng)，構(gòu)成了較為完備的隧道與地下工程健康診斷指標(biāo)系統(tǒng)。
　　2

4、.結(jié)合各層診斷指標(biāo)和最終診斷目標(biāo)，從相應(yīng)規(guī)范、已有方法、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)上對健康的劃分等多方面因素考慮出發(fā)，對隧道與地下工程綜合診斷結(jié)構(gòu)體系中的健康評價(jià)集進(jìn)行了設(shè)計(jì)，將隧道與地下工程的營運(yùn)狀況共分為健康、亞健康、病害和病危四個(gè)等級。
　　3.在實(shí)際工程實(shí)踐中，各種定性或定量的判定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)都有其相對性，一般將判定標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際工程監(jiān)測和檢測的實(shí)際情況綜合利用來加以判別。本文結(jié)合國內(nèi)外工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范等，給出了相應(yīng)評判指標(biāo)體系的判定標(biāo)準(zhǔn)。

5、
　　4.本文提出了隧道與地下工程“健康值”的概念，使不同層次及各層不同指標(biāo)的評價(jià)具有統(tǒng)一的含義。較為深入的研究了定量和定性診斷指標(biāo)進(jìn)行初始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的方法，基本解決了由于隧道與地下工程綜合診斷結(jié)構(gòu)體系中的診斷指標(biāo)在表述方法、取值范圍、度量方法和度量單位之間各不相同造成的同層診斷指標(biāo)之間相互比較困難的問題。
　　5.根據(jù)隧道與地下工程健康狀態(tài)診斷指標(biāo)體系中診斷指標(biāo)權(quán)重的特點(diǎn)，通過對已有權(quán)重方法的對比研究，采用乘積標(biāo)度法確定了

6、指標(biāo)層指標(biāo)的標(biāo)度權(quán)重，并綜合運(yùn)用乘積標(biāo)度法和模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法分別確定了六個(gè)準(zhǔn)則層的標(biāo)度權(quán)重。同時(shí)基于最優(yōu)化原則，采用融合權(quán)重的方法最終確定了準(zhǔn)則層的標(biāo)度權(quán)重，有效避免了單一權(quán)重賦值方法的人為性誤差，為后面的評判奠定了基礎(chǔ)。
　　6.針對一般模糊綜合評價(jià)時(shí)把評價(jià)指標(biāo)作為常量進(jìn)行評價(jià)，而很少考慮評價(jià)對象的特征值隨時(shí)間而變化的情況的特點(diǎn)，提出了隧道與地下工程動(dòng)態(tài)模糊綜合評價(jià)法。提出了可變模糊集理論、相對差異函數(shù)模型、模糊可變評價(jià)模

7、型。構(gòu)造了動(dòng)態(tài)模糊綜合評價(jià)法中的隸屬函數(shù)，并結(jié)合實(shí)際物理意義，構(gòu)造了吸引(為主)矩陣、范圍域矩陣和點(diǎn)值矩陣。
　　7.結(jié)合重慶市”八一”和“向陽”隧道工程實(shí)例，研究了動(dòng)態(tài)模糊綜合評價(jià)方法在隧道與地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)健康綜合診斷中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對隧道與地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的動(dòng)態(tài)量化綜合評價(jià)，結(jié)果表明，計(jì)算結(jié)果對于評判隧道與地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)更具穩(wěn)定性，有利于該類工程的合理判斷與分期、分批治理研究。
　　8.采用室內(nèi)相似

8、模型試驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際工程實(shí)例，分別研究了隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)襯砌減薄、拱頂支護(hù)襯砌背后空洞與相關(guān)組合狀態(tài)下，在豎直應(yīng)力作用下圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞規(guī)律與極限承載能力，得出了隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)下健康狀態(tài)的階段判據(jù)。判據(jù)承載力曲線呈現(xiàn)明顯的“S”型或反“S”型，可以劃分為承載力緩慢褪化階段、快速褪化階段和褪化完成階段，相對應(yīng)的階段可以劃分為隧道結(jié)構(gòu)的健康等級與級別，為隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的健康判斷提供了判斷依據(jù)與方法。結(jié)果表明，采用試驗(yàn)方法得到的結(jié)構(gòu)健